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Glossar
Hier finden Sie viele Begriffe, welche im Zusammenhang mit Photovoltaik vorkommen. Unser Solarglossar hilft Ihnen dabei alles besser zu verstehen.
A
Amortisation / Amortisationszeit
Die Amortisation, auch als Payback-Periode bekannt, bezieht sich auf den Zeitraum, in dem eine Photovoltaik (PV)-Anlage die getätigten Investitionen durch erzielte Erträge wieder ausgleicht. Es wäre präziser, von der Amortisationszeit zu sprechen.
Generell bezeichnet Amortisation einen Prozess, bei dem die Kosten für ein Projekt durch die damit erzielten Erträge gedeckt werden. Der Begriff stammt aus dem Französischen, wo „amortir“ im Deutschen „tilgen“ bedeutet.
Wenn beispielsweise eine PV-Anlage für 15.000 Euro gekauft wird und jährlich einen Gewinn von 3.000 Euro erwirtschaftet, beträgt die Amortisationszeit fünf Jahre. Die Amortisation spielt eine entscheidende Rolle bei Investitionsentscheidungen.
Die finanzielle Amortisationszeit gibt an, wie lange es dauert, die Kosten für eine PV-Anlage durch deren Erträge zu decken. Im Kontext von PV-Anlagen existiert auch die energetische Amortisationszeit. Diese tritt ein, wenn die PV-Anlage so viel Energie erzeugt hat, wie für ihre Herstellung benötigt wurde.
Ein Beispiel (unter der Annahme einer 100-prozentigen Eigennutzung des Solarstroms) zeigt, dass die PV-Anlage nach etwas mehr als 16 Jahren amortisiert ist, basierend auf einer jährlich gleichbleibenden Energieerzeugung.
Haushalte, die die Amortisationszeit als zu lang empfinden, könnten vom Mietkauf-Modell profitieren, bei dem keine Anschaffungskosten anfallen.
Autarkiegrad und Autarkiequote
Die Beurteilung des Nutzens einer Solaranlage kann unter anderem anhand des Autarkiegrades erfolgen. Dieser gibt an, welcher Prozentsatz des jährlichen Strombedarfs ausschließlich durch die Solaranlage gedeckt werden kann. Dadurch lässt sich abschätzen, wie viel Reststrom aus dem Netz bezogen werden muss.
Die Autarkiequote definiert den prozentualen Grad der Unabhängigkeit, der erreicht werden kann. Im Allgemeinen kann mit einer reinen PV-Anlage ohne Speicher eine Autarkie von 30 bis 35 Prozent erreicht werden. Bei einem geringen Stromverbrauch ist sogar eine Autarkie von 40 Prozent möglich. Zudem kann die Autarkie durch eine angepasste Verbrauchsoptimierung erheblich gesteigert werden. Beispielsweise erhöht sich die Autarkie, wenn die Waschmaschine tagsüber anstelle abends betrieben wird, was direkt zu Kosteneinsparungen führt. Durch die Integration eines Energiespeichers kann dieser Wert schnell auf 70 bis 80 Prozent oder sogar mehr gesteigert werden.
B
Betriebskosten
Betriebskosten oder laufende Kosten sind wiederkehrende Ausgaben, die üblicherweise in regelmäßigen Zeitintervallen wie einem Monat oder einem Jahr anfallen. Die Betriebskosten einer Photovoltaikanlage belaufen sich in der Regel auf etwa 2 bis 3 % der Investitionskosten pro Jahr. Die Höhe der Betriebskosten ist eng mit dem Anlagetyp verbunden und kann zudem von den vorherrschenden meteorologischen Bedingungen vor Ort beeinflusst werden.
Die wesentlichen Kostenfaktoren umfassen Wartung und Überwachung, Reparaturen, Reinigung, Versicherung und die Finanzierung der PV-Anlage. Die Kosten für die Photovoltaik-Versicherung werden in der Regel mit etwa 0,3 bis 0,8 % des Anschaffungspreises der Anlage veranschlagt. Da viele Haushalte ihre Solaranlage teilweise oder vollständig fremdfinanzieren, können zusätzlich zu den fortlaufenden Photovoltaik-Kosten auch Darlehenskosten hinzukommen.
Ein wichtiger Expertenhinweis lautet: In der Planungsphase einer PV-Anlage wird oft zu sehr der Fokus auf die Anschaffungskosten gelegt, während die fortlaufenden Kosten vernachlässigt werden. Obwohl auf den ersten Blick 300 € pro Jahr im Vergleich zu den Anschaffungskosten von 15.000 € gering erscheinen, summiert sich über die Jahre ein beträchtlicher Betrag an, der nicht unterschätzt werden sollte.
Bei einer Betriebszeit von 25 Jahren ergeben sich bei 300 € pro Jahr Gesamtkosten von 7.500 €. Bei einem Austausch des Wechselrichters oder des Stromspeichers können zusätzlich Kosten von 5.000 bis 7.000 € entstehen. Somit belaufen sich die Gesamtkosten neben den Anschaffungskosten von 15.000 € auf Folgekosten von 12.500 € bis 14.500 €.
Bypass-Diode
Eine Bypass-Diode, deren Name sich vom englischen „bypass“ (deutsch: „umleiten“) ableitet, ist ein elektrisches Bauelement, das in Solarmodulen der Photovoltaik als Sicherheitsmaßnahme integriert wird. Diese Halbleiterdioden dienen dazu, die Auswirkungen von Teilverschattungen auf die Energieproduktion zu minimieren und schützen vor Überhitzung. Wenn ein Teil eines PV-Moduls oder einer Zelle durch Schatten beeinträchtigt wird, kann dies zu einem erhöhten Widerstand oder einem Elektronenstau führen. Dies kann zu einer Erhitzung des Moduls führen, möglicherweise bis zu einem Punkt, an dem Brandgefahr besteht. Diese Situation beeinträchtigt den Stromfluss und die Gesamtleistung des Moduls, da das Modul nur so leistungsfähig ist wie seine schwächste Zelle. Die Bypass-Diode leitet den Strom um den verschatteten Bereich herum, ohne die Energieproduktion des unverschatteten Teils des Moduls zu beeinträchtigen.
Normalerweise werden Bypass-Dioden in jede Photovoltaikzelle eingebaut und parallel zueinander geschaltet. Innerhalb der Strings eines Moduls, die die Reihenschaltung mehrerer Module oder Zellen darstellen, sind die Bypass-Dioden antiparallel geschaltet. Es kommt nicht selten vor, dass eine Bypass-Diode ausfällt oder beschädigt ist. Dies beeinträchtigt auch das gesamte Modul, was zu einem Leistungsabfall führt. In solchen Fällen sind die Kosten für die Behebung des Problems oft gerechtfertigt, da der Verlust an potenziellem Strom- und Einspeisungsertrag in der Regel höher ist. Die Problembehebung erfolgt je nach Modultyp durch den Austausch des gesamten Moduls oder der Diode selbst.
C
CO2 (Kohlenstoffdioxid)
CO2, auch als Kohlenstoffdioxid bekannt, ist ein farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas, das natürlicherweise in der Atmosphäre vorkommt. Es zählt zu den entscheidenden Treibhausgasen und spielt eine zentrale Rolle im globalen Klimawandel.
Die chemische Zusammensetzung von CO2 besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Das Gas besitzt die Eigenschaft, Wärme zu speichern und zu reflektieren, was es zu einem bedeutenden Treibhausgas macht. Ein höherer CO2-Wert führt zu einer verstärkten Speicherung von Wärme in der Atmosphäre, was wiederum zu einem Anstieg der Durchschnittstemperaturen auf der Erde führt. Dies hat weltweit weitreichende Auswirkungen, darunter das Schmelzen der Polkappen, Wasserknappheit, Ernteausfälle, Waldbrände und extreme Wetterereignisse.
D
Dachintegration
Unter Dachintegration in der Photovoltaik versteht man die direkte Installation von Modulen in das Dach eines Gebäudes. Bei der Dachintegration, auch als Indach-PV bezeichnet, ersetzen die Module teilweise oder vollständig die herkömmliche Dacheindeckung, wodurch eine nahtlose Oberfläche entsteht. Im Gegensatz dazu werden bei der typischen Aufdach-Installation PV-Module auf einem Gestell über den Dachziegeln mithilfe von Dachhaken befestigt. Bevor Sie eine solche Installation in Betracht ziehen, sollten Sie mit einem Experten klären, ob Ihr Dach dafür geeignet ist.
Degradation
Degradation bezeichnet den schrittweisen Leistungsverlust eines Photovoltaik-Moduls im Verlauf seiner Nutzungsdauer. Ähnlich wie bei den meisten anderen elektronischen Geräten ist die Haltbarkeit von PV-Modulen begrenzt. Dabei handelt es sich um einen natürlichen Prozess, der durch verschiedene Faktoren wie Zeit, Umweltbedingungen und mögliche Herstellungsfehler beeinflusst wird. Diese Degradation kann Erscheinungen wie Korrosion, Mikrorisse und Materialermüdung umfassen und hat somit Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die Energieproduktion der PV-Module.
Die meisten Hersteller bieten bisher Leistungsgarantien an, die versprechen, dass die Module nach 25 Jahren Betrieb noch mindestens 80% ihrer ursprünglichen Leistung haben.
Es gibt Unterschiede zwischen kristallinen und Dünnschichtmodulen hinsichtlich der Leistungsabnahme. Während kristalline Module in den ersten 20-25 Jahren etwa 10-15% ihrer Leistung verlieren, können Dünnschichtmodule in den ersten 1000 Betriebsstunden bis zu 25% verlieren, danach jedoch kaum noch. Bei kristallinen Modulen wird im Allgemeinen von einem jährlichen Leistungsverlust von 0,5% ausgegangen.
Um die Leistung und den Ertrag von Photovoltaikanlagen zu maximieren, ist es notwendig, den Degradationsprozess zu verstehen und vorzeitig zu minimieren. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologien zur Reduzierung der Degradation. Beispiele für innovative Ansätze sind Materialentwicklungen zur Verbesserung der Haltbarkeit von PV-Modulen sowie intelligente Überwachungs- und Kontrollsysteme für die PV-Leistung.
Degression
Die Degression bezeichnet das Prinzip, nach dem die Höhe der Einspeisevergütung berechnet wird. Dies umfasst eine jährliche Reduzierung der Vergütung, die Anlagenbetreiber für jede eingespeiste Kilowattstunde Strom erhalten. Dabei wird auch Strom aus Photovoltaikanlagen als selbst produziert betrachtet. Eine alternative Möglichkeit zur Einspeisung besteht in der Nutzung eines Stromspeichers.
Die Degression wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Herstellungskosten von Modulen und die Menge des im Vorjahr eingespeisten Stroms. Im Allgemeinen gilt: Je mehr PV-Anlagen in Deutschland installiert werden, desto niedriger fällt die Einspeisevergütung aus, wodurch diese seit Jahren kontinuierlich sinkt. Allein aus diesem Grund lohnt sich die Anschaffung einer Solaranlage. Letztendlich hängt der Grad der Wirtschaftlichkeit jedoch von den Zielen der Bundesregierung ab.
E
Eigenverbrauch
Eigenverbrauch bezeichnet den von einem Anlagenbetreiber selbst produzierten Strom, den er innerhalb des Gebäudes selbst nutzt. Dies schließt auch den Strom ein, der später über einen Stromspeicher oder eine Wallbox genutzt wird, und umfasst sowohl eingespeisten als auch aus dem Netz bezogenen Strom.
Das Hauptziel einer Photovoltaikanlage besteht darin, den Eigenverbrauch möglichst hoch zu halten, um die Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz und den damit verbundenen hohen Strompreisen zu minimieren. Verschiedene Faktoren begünstigen einen hohen Solarertrag und somit einen erhöhten Eigenverbrauch, darunter:
- Die optimale Ausrichtung der Module
- Ein möglichst großer Stromspeicher
- Eine Wallbox für Besitzer von Elektroautos
- Ein Standort mit vielen Sonnenstunden und ohne Verschattung
- Module mit einem hohen Wirkungsgrad
Besonders der Einsatz eines Stromspeichers optimiert den Eigenverbrauch erheblich. Ohne einen Speicher nutzen Anlagenbesitzer in der Regel nur 20 bis 30 Prozent des erzeugten Stroms, während der Eigenverbrauch mit einem Stromspeicher auf 80 % und mehr gesteigert werden kann. Insbesondere bei einer nach Süden ausgerichteten Anlage, die tagsüber den meisten Strom produziert, wenn viele Menschen nicht zu Hause sind, kann ein Stromspeicher verhindern, dass überschüssiger Strom ins Netz eingespeist und zu einem späteren Zeitpunkt teurer zurückgekauft werden muss.
Einspeisezähler
Ein Einspeisezähler ist ein Stromzähler, der die Menge des erzeugten Stroms misst, den Sie als Anlagenbetreiber in das öffentliche Netz einspeisen, anstatt ihn zu speichern oder selbst zu nutzen. Sie können Strom einspeisen sofern Sie ihn aus erneuerbaren Energien gewonnen haben, z.B. aus einer Photovoltaik– oder Windkraftanlage.
Der Einspeisezähler ist somit das wichtigste Instrument zur Berechnung der Einspeiseverdienste. Die Höhe der Einspeisevergütung, also wie viel Geld Sie pro kWh erhalten, wird von der Bundesnetzagentur bestimmt. Bis Februar 2024 beträgt dieser Wert 8,2 Cent.
Dem Einspeisezähler steht ein normaler Bezugszähler, auch Verbrauchszähler genannt, gegenüber. Dieser misst den aus dem öffentlichen Netz bezogenen Strom. Für Anlagenbesitzer wird jedoch auch der Zweirichtungszähler interessant, welcher beide diese Aufgaben kombiniert. Darüber hinaus ist auch ein “Smart Meter” eine weitere Option. Ein solcher intelligenter Zähler vereint die Aufgaben eines Zweirichtungszählers und eines Ertragszählers.
Wie die meisten elektronischen Geräten rund um Strom und Photovoltaik, sollten auch Einspeisezähler regelmäßig geprüft werden. Eine genaue Messung kann auch für Sie wichtig sein – ein defekter Einspeisezähler könnte Ihnen Geld verwahren, das Sie eigentlich für die Einspeisung von Ihrem Energieversorger erhalten hätten.
F
Flächenlast
Die Flächenlast bezeichnet die Einwirkung von Kräften oder Belastungen auf eine spezifische Fläche. Im Kontext der Photovoltaik betrifft dies die Belastung pro Flächeneinheit (in Newton pro Quadratmeter), die eine Solaranlage oder ein Modul auf das Dach ausübt. Insbesondere bei älteren Häusern sollte die Stabilität und Statik des Daches im Vorfeld aufgrund dieser zusätzlichen Last überprüft werden. Dies ermöglicht die Bestimmung, ob sich das Dach für eine Solaranlage eignet und trägt dazu bei, potenzielle Gefahren wie einen Dacheinsturz zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten.
Die Flächenlast einer Solaranlage wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Art der Module und des Dachs, die Neigung des Dachs sowie zusätzliche Belastungen wie Schnee, Wind und das Montagegestell. Besonders bei Flachdächern ist auf die Flächenlast zu achten, da hier stärkere Windkräfte auftreten können, die wiederum eine robustere Verankerung erfordern.
In der technischen Mechanik unterscheidet man neben der Flächenlast auch die Punkt- und Streckenlast, die sich lediglich auf eine punkt- bzw. linienförmige Belastung beziehen.
Foliendach
Ein Foliendach bezeichnet ein Flachdach, das mit Kunststoffbahnen aus EPDM (Kautschuk), PVC (Polyvinylchlorid) oder Polyolefinen bedeckt und abgedichtet ist. Oftmals werden diese Folien mit Kies bedeckt, um vor Sonneneinstrahlung, Niederschlag und Hitze zu schützen. Bei der Verlegung der Folien ist Sauberkeit entscheidend: Falten oder mangelnde Straffung erhöhen das Risiko von Rissen, Durchhängen oder Beschädigungen der Folie. Daher erfordert auch ein Foliendach regelmäßige Wartung. Foliendächer sind eine beliebte und kostengünstige Alternative zu Schrägdächern, da sie effektiven Schutz vor Witterungseinflüssen bieten.
Wichtig zu beachten ist, dass nicht alle Flachdächer zwangsläufig Foliendächer sind, aber alle Foliendächer als Flachdächer gelten. Einige Flachdächer werden auch mit Bitumbahnen abgedichtet.
Bei der Installation von Photovoltaik auf einem Foliendach besteht das Risiko, dass die Module abrutschen und undichte Stellen auf der Folie hinterlassen können. Flachdächer mit Photovoltaikanlagen sind besonders starken Windbelastungen ausgesetzt, daher muss vor der Installation die Standsicherheit geprüft werden. Um ein Abrutschen zu verhindern, werden die Anlagen oft mit schweren Gewichten gesichert. Die Installation einer Solaranlage auf einem Foliendach ist zwar machbar, sollte jedoch von Fachleuten durchgeführt werden.
G
Generator
Ein Generator, wörtlich übersetzt „Erzeuger“, wird dazu verwendet, verschiedene Energieformen in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlungen erfolgen typischerweise von kinetischer Energie (Bewegungsenergie) oder Verbrennungsreaktionen (beispielsweise bei einem Automotor).
Der Begriff „Solargenerator“ bezieht sich auf die Gesamtheit der miteinander verbundenen PV-Module, da diese die Energie der Sonnenstrahlen in elektrischen Strom umwandeln.
Globalstrahlung
Globalstrahlung bezeichnet die Gesamtmenge an Sonnenlicht und -strahlung, die die Erde erreicht. Sie setzt sich aus direkter Strahlung, die für Photovoltaikanlagen besonders vorteilhaft ist, sowie aus diffusen Lichtanteilen zusammen, die beispielsweise durch Wolken oder Baumkronen gestreut wurden. Reflektiertes Licht ist in der Globalstrahlung nicht enthalten, da es die Erdoberfläche nicht erreicht. Der Begriff „Sonneneinstrahlung“ umfasst hingegen sämtliches Licht, das von der Sonne ausgeht.
Die Messung der Globalstrahlung erfolgt mit einem Pyranometer und wird in Watt pro Quadratmeter (W/m2) angegeben. Der Wert variiert abhängig vom Standort, den Wetterbedingungen, dem Sonnenstand, der Luftreinheit und der Jahreszeit. In Deutschland beträgt die Globalstrahlung etwa 137 W/m2. Bei der Berechnung der Solarenergie und anderer erneuerbarer Energiequellen spielt die Globalstrahlung eine wichtige Rolle. Im Zusammenhang mit Photovoltaik wird in der Regel mit Kilowattstunden (kWh) gerechnet, wobei Deutschland etwa 1000 kWh/m2 aufweist. Die Globalstrahlung ist typischerweise in den Tropen entlang des Äquators am höchsten und in den Polregionen, wo der Einstrahlungswinkel der Sonne flacher ist, am niedrigsten.
Die Globalstrahlung beeinflusst entscheidend Klima und Umwelt, insbesondere in Bezug auf Prozesse wie die Photosynthese von Pflanzen und die Verdunstung von Wasser. Eine Zunahme der Globalstrahlung führt zu höheren Temperaturen auf der Erde, während eine Abnahme zu einer Abkühlung führt.
H
Hochspannung
In der elektrischen Energietechnik wird eine elektrische Spannung als Hochspannung betrachtet, wenn sie den Wert von 1.000 Volt übersteigt. Ein typisches Beispiel für Hochspannung ist der Strom in Hochspannungsmasten, die die Hochspannungsleitungen tragen und in Deutschland weit verbreitet sind. In diesen Leitungen liegt die Spannung des Stroms bei bis zu 380.000 Volt.
Im Gegensatz dazu beträgt die Spannung des Stroms, der aus der Steckdose zuhause kommt, nach dem Durchlaufen eines Transformators 230 Volt.
Hot Spot
Hot Spots in der Photovoltaik bezeichnen überhitzte Zellen eines Solarmoduls. Diese Überhitzung tritt in der Regel aufgrund von (Teil-)verschattung, Verschmutzung oder technischen Problemen und Fehlern auf. Wenn ein Teil des PV-Moduls keinen Strom mehr produziert oder weniger als der Rest des Moduls, stauen sich Elektronen an dieser Stelle, was zu einem Widerstandszustand führt. Ein solcher Stau behindert den Stromfluss, der sich in Form von Wärme an einem „Spot“ sammelt. Diese Überhitzung birgt ein Sicherheitsrisiko aufgrund von Brandgefahr. Darüber hinaus können zu hohe Temperaturen das gesamte Modul beschädigen und sich negativ auf den Stromertrag und Wirkungsgrad auswirken.
Um solche Schäden zu vermeiden, werden beispielsweise Bypass-Dioden in den Modulen integriert, die den Strom um die verschattete Stelle herumleiten. Dadurch wird sichergestellt, dass unverschattete Modulteile nicht in ihrer Energieproduktion beeinträchtigt werden. Andererseits kann eine sorgfältige Modulplanung sicherstellen, dass Verschattungen von vornherein vermieden werden. Zusätzlich helfen Diagnosewerkzeuge wie Wärmebildkameras oder Apps bei der frühzeitigen Erkennung von Defekten.
I
Inbetriebnahmeprotokoll
Das Inbetriebnahmeprotokoll einer PV-Anlage ist ein wesentliches Dokument für den Betreiber, da es die ordnungsgemäße Errichtung der Anlage gemäß geltenden Vorschriften und Normen bestätigt.
Die Verantwortung für die Erstellung dieses Protokolls liegt bei einer Elektrofachkraft, die diese Aufgabe vor der Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage durchführt.
Das Inbetriebnahmeprotokoll muss den Anforderungen der DIN VDE 0100-600 („Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 6: Prüfungen“) entsprechen. Diese Norm legt fest, welche Mindestinhalte das Protokoll enthalten muss, um die korrekte und sichere Errichtung der PV-Anlage nachzuweisen.
Intersolar
Die Intersolar ist eine internationale Veranstaltungsreihe für die Solarwirtschaft, die Fachmessen an verschiedenen Standorten wie Mexiko-Stadt, São Paulo, Dubai und München organisiert. Ein Bestandteil der Intersolar ist die Intersolar Europe, die sich auf Photovoltaik, Solarthermie und Solarkraftwerke konzentriert. Diese Messe findet jährlich in München statt und zieht Besucher und Aussteller unterschiedlichster Art an, darunter Hersteller, Interessenten, Dienstleister, Start-ups, Zulieferer und Entwickler.
Die erste Intersolar fand 1991 in Pforzheim, Deutschland, statt. Das Ziel der Messe ist es, eine Plattform für den Austausch, Informationsgewinnung, Geschäftsaktivitäten und Networking für alle Akteure der Solarbranche zu schaffen. Zudem trägt die Messe dazu bei, Solarenergie als bedeutende Energiequelle zu etablieren und zu fördern. Im Rahmenprogramm werden verschiedene Konferenzen und Diskussionen zu Themen wie politische Rahmenbedingungen, technologische Entwicklungen, Finanzierungsmöglichkeiten und Geschäftsmodelle für die Solartechnik angeboten.
J
K
Kabelstärke
Die Kabelstärke gibt den Durchmesser eines elektrischen Kabels in Millimetern oder den Kabelquerschnitt in Quadratmillimetern an. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Kabels, da er die Leistungsfähigkeit, Belastbarkeit und Sicherheit des Kabels sowie des gesamten elektrischen Systems, insbesondere einer Photovoltaikanlage, bestimmt.
Bei der Auflistung der Komponenten einer Solaranlage werden oft zuerst der Stromspeicher, der Wechselrichter und die Wallbox genannt. Jedoch sind das Gestell und die Elektrik genauso wichtig. Die falsche Auswahl der Kabel kann zu Brandgefahr führen, da die Kabel überhitzen können. Grundsätzlich gilt: Je größer der Kabelquerschnitt, desto höher die Strombelastbarkeit und geringer der Spannungsabfall. Der Kabelquerschnitt hängt vom Anwendungsbereich ab, und es gibt online Rechner und Orientierungstabellen dafür. Im Haushalt sind üblicherweise Kabel mit 1,5 bis 2,5 mm² gebräuchlich, bei Geräten mit hohen Strömen können es bis zu 4 mm² sein. Die Kabelquerschnitte sind in der Regel nach DIN genormt.
In der Photovoltaik sollte ein Kabel mit möglichst großem Kabelquerschnitt bevorzugt werden. Hier werden oft Kabel mit 4, 6 oder 10 Quadratmillimeter empfohlen. Die Leistungsverluste der Leitung sollten unter 1 % gehalten werden. Bei der Auswahl sind jedoch auch andere Kriterien zu beachten, darunter das Kabelmaterial, die Kabellänge, Witterungs- und Temperaturbeständigkeit sowie Verlegungskriterien. Es wird empfohlen, die Kabelverlegung von einem Fachbetrieb durchführen zu lassen, um Schutz vor Tieren und starken Witterungseinflüssen zu gewährleisten.
Kabelverluste
Kabelverluste bezeichnen die Energiemengen, die bei der Übertragung von Strom durch ein Kabel verloren gehen. Diese Verluste nehmen mit zunehmender Länge und geringerem Durchmesser des Kabels zu. Der Grund für diese Verluste liegt im elektrischen Widerstand des Kabels. Ein Teil des durchfließenden Stroms wird in Wärmeenergie umgewandelt und geht daher an die Umgebung verloren. Mithilfe kostenloser Online-Rechner können individuelle Kabelverluste berechnet werden. Diese Berechnungen sind sinnvoll, um zu prüfen, ob sich die Investition in ein dickes, jedoch teureres Kabel mit geringeren Verlusten lohnt. Es wird empfohlen, dass Kabelverluste unter 1 % liegen sollten.
L
Laderegler
Laderegler sind das zentrale Element jeder Solaranlage und fungieren als Verbindung zwischen den Solarzellen, den Verbrauchern und der Solarbatterie.
Die Solarmodule wandeln Sonnenenergie in Gleichstrom um, welcher in der Batterie gespeichert wird. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass die Spannung des Moduls höher ist als die der Batterie. Daher werden Laderegler eingesetzt, um die Spannung des Ladestroms zunächst zu senken. Zudem gewährleisten sie optimale Bedingungen während der Lade- und Entladevorgänge.
Aufgaben eines Ladereglers:
Es wird dringend davon abgeraten, auf einen Laderegler zu verzichten, da sonst die Überwachung der Ladespannung manuell erfolgen müsste. Im Falle einer vollgeladenen Batterie müsste das Solarmodul aufwändig von der Batterie getrennt werden, um einen weiteren Anstieg der Batteriespannung zu verhindern. Eine solche Überspannung kann die Batterie beschädigen und stellt ein Sicherheitsrisiko dar. Laderegler schützen die Batterie vor Überladung.
Darüber hinaus können intensive Nutzungen durch Großverbraucher zu Tiefentladungen führen, die die Batterie schädigen und ihre Lebensdauer verkürzen können. Laderegler erkennen automatisch die Systemspannung und trennen Verbraucher bei Erreichen eines kritischen Ladezustands durch eine intelligente Lastabschaltung automatisch. Dies gewährleistet eine zuverlässige und schonende Ladung der Batterie.
Kaufkriterien eines Solarreglers:
Bevor Sie einen Solarladeregler kaufen, sollten Sie den maximalen Ladestrom, die Nennspannung Ihrer Batterie (z.B. 12V oder 24V) und die maximale Leistung Ihrer Solarmodule kennen. Idealerweise sollte der Solarladeregler mindestens die maximale Modulleistung bewältigen können, am besten sogar noch 10 bis 20 % mehr Leistung als berechnet, um zukünftige Erweiterungen der Solaranlage ohne Kauf eines neuen Ladereglers zu ermöglichen.
Der Laderegler sollte zudem für den jeweiligen Batterie- bzw. Akkutyp (z.B. Blei-Gel, Blei-Säure, Lithium) geeignet sein. Überlegen Sie, welcher Reglertyp am besten zu Ihren Bedürfnissen passt. Obwohl MPPT-Regler oft leistungsstärker sind, können PWM-Regler je nach Anwendung kostengünstiger sein und ausreichen. Beachten Sie, dass ein PWM-Laderegler nur effektiv arbeitet, wenn die Batteriespannung der Solarmodulspannung entspricht. Wenn beispielsweise eine 24V-Batterie vorhanden ist, ist der Einsatz eines PWM-Ladereglers sinnvoll, wenn auch ein 24V-Solarmodul verwendet wird.
Leerlaufspannung
Die Leerlaufspannung ist eine eine essentielle Größe im Bereich der Elektrotechnik. Diese gibt an, welche Spannung an einer Stromquelle herrscht, an der kein zusätzliches Gerät angeschlossen ist. Hierbei wird die Spannungsquelle offene Spannungsquelle genannt. Die Spannung wird dabei stets am Eingang gemessen und während der Prüfung fließt normalerweise kein Strom.
Eine exakte Bestimmung der Leerlaufspannung wird durch Spannungsmessgeräte ermöglicht. Dieses sollte einen möglichst hohen Widerstand haben, damit sich die Messwerte nicht zu stark verfälschen. Ziel ist, dass die Quelle nicht „bemerkt“, dass ein Messgerät angeschlossen ist. Bei PV-Anlagen spielt die Leerlaufspannung sie eine sehr wichtige Rolle, da sie eine der bedeutendsten Kennzahlen für die Leistung der Solarmodule darstellt. Dese gibt die maximale Spannung der Module an und ist für die Qualitätsbeurteilung wichtig.
M
Mismatch
Mismatch ist ein Begriff, der häufig bei in Reihe geschalteten PV-Anlagen verwendet wird. Dieser beschreibt einen Leistungsverlust, der durch verschiedene Faktoren verursacht wird. Die Hauptursachen sind Unterschiede in
– der Neigung,
– der Leistung,
– der Ausrichtung,
– oder den Fabrikaten bzw. Komponenten der PV-Module.
Die Unterschiede müssen in einem Strang auftreten, um einen Mismatch zu verursachen. Wenn beispielsweise Module mit unterschiedlicher Leistung in Reihe geschaltet sind, begrenzt das Modul mit der geringsten Leistung die Gesamtleistung der PV-Anlage.
In solchen Fällen treten Verluste auf, die als „Mismatch“ oder auch „Mismatch-Verluste“ bezeichnet werden.
Modulstring
Ein Modulstring in der Photovoltaik bezeichnet entweder eine Gruppe von in Reihe geschalteten Solarmodulen oder die Reihenschaltung mehrerer Zellen innerhalb eines Moduls.
Durch diese Anordnung entsteht ein großer, geschlossener Stromkreis aus mehreren Modulen. Die Anzahl der Module in einem String hängt hauptsächlich von den maximalen und minimalen Eingangsspannungen und -strömen des Wechselrichters ab. Bei der Verwendung von Stringwechselrichtern wird dieses Problem in der Regel automatisch gelöst.
Vor- und Nachteile der Reihenschaltung:
Die Reihenschaltung ermöglicht eine besonders effiziente Stromleitung, wodurch die Verluste minimiert werden. Der Strom ist in der Reihenschaltung überall gleich, während sich die Spannung mit jedem weiteren Modul zu einer Gesamtspannung addiert. Das Hauptproblem der Reihenschaltung ist die (Teil-)Verschattung, da der gesamte Stromkreis nur so stark ist wie das schwächste Modul. Bypass-Dioden können dieses Problem umgehen, indem sie den erzeugten Strom um die verschattete Stelle herumleiten.
Vor- und Nachteile der Parallelschaltung:
Bei der Parallelschaltung addiert sich der Strom mit jedem weiteren Modul, während die Spannung im gesamten Stromkreis gleich bleibt. Die Verschattung eines Moduls beeinträchtigt jedoch nicht die umliegenden Module. Auch die gleichbleibende Spannung birgt weniger Risiken für die Technik der PV-Anlage. Allerdings erfordert die Parallelschaltung einen höheren und kostspieligeren Installationsaufwand. Zudem steigt die Fehleranfälligkeit aufgrund der Komplexität dieses Kabelsystems.
N
Nennleistung
Die Nennleistung, auch als Peakleistung bezeichnet, gibt die maximale Leistung an, die eine Solarzelle, ein Solarmodul oder eine Photovoltaikanlage unter Standard Test Bedingungen (STC = Standard Test Conditions) erzielen kann.
In der Praxis kann es jedoch zu besseren Bedingungen kommen als den Testbedingungen. Unter solchen Umständen können PV-Zellen und -Module ihre definierte Nennleistung übertreffen. Dies geschieht beispielsweise bei sehr niedrigen Temperaturen in Verbindung mit einer sehr hohen Einstrahlung.
Die Nennleistung zählt daher zu den entscheidenden Kennzahlen für Photovoltaikanlagen und wird in Watt Peak (Wp) angegeben. Die Normbedingungen in Deutschland sind dabei wie folgt definiert:
- Luftmasse 1,5
- Modultemperatur 25°C
- Einstrahlungsstärke 1.000 Watt/m²
Notabschaltung
Eine Notabschaltung in der Photovoltaik bezeichnet einen Sicherheitsmechanismus, der im Brand- oder Gefahrenfall die Solaranlage deaktiviert. Auch als Brandfallabschaltung, Feuerwehrschalter oder Abschalteinrichtung bekannt, erfolgt die Notfallabschaltung in der Regel manuell oder automatisch.
Die manuelle Betätigung des Schalters ist besonders wichtig für Feuerwehrleute im Brandfall oder Elektriker während der Anlagenwartung, um in einem spannungsfreien Stromkreis arbeiten zu können. Die automatische Auslösung des Not-Aus-Schalters kann durch technische Systeme wie Temperatursensoren oder Rauchmelder erfolgen, die die Anlage im Gefahrenfall abschalten.
Die Existenz eines Notfallschalters ist von großer Bedeutung, da in einer Photovoltaikanlage hohe Gleichspannungen auftreten, die lebensgefährlich für Menschen sein können. Darüber hinaus werden durch einen kontrollierten Kurzschluss die Module selbst, die die Spannungsquelle darstellen, abgeschaltet, um potenziell gefährliche Lichtbögen zu verhindern.
O
P
Pacht
Eine Pacht ist eine Vereinbarung zwischen zwei Parteien, bei der eine Partei dem anderen gegen Entgelt die Nutzung ihres Eigentums gestattet.
Der sogenannte Pächter entrichtet ein Nutzungsentgelt an den Verpächter und erwirbt dafür die Rechte an allen Erträgen, die er durch die Nutzung des Pachtobjekts erzielt. Dies kann beispielsweise Einnahmen aus einem Restaurant oder einer Kegelbahn umfassen.
Im Kontext der Photovoltaik bezieht sich die Pacht in der Regel auf die Nutzung eines Daches für die Installation von Solaranlagen.
Passivhaus
Der Ausdruck „Passivhaus“ bezieht sich in der Regel auf ein Gebäude mit Lüftungsanlage, das aufgrund seiner hervorragenden Dämmung keine herkömmliche Heizung benötigt. Genauer gesagt bezeichnet der Begriff einen Energiestandard für Gebäude. Die exakte Definition lautet:
„Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in dem die thermische Behaglichkeit (ISO 7730) allein durch Nachheizen oder Nachkühlen des Frischluftvolumenstroms, der für ausreichende Luftqualität (DIN 1946) erforderlich ist, gewährleistet werden kann – ohne dazu zusätzlich Umluft zu verwenden.“
Der „Standard Passivhaus“ oder „Minergie-P-Standard“ (Schweiz) legt einen maximalen Heizwärmebedarf von 15 kWh/(m²a) Primärenergiebedarf fest. Unter Berücksichtigung des Haushaltsstroms wird der Wert auf unter 120 kWh/(m²a) festgelegt. Dabei bezieht sich der Flächenbezugswert auf die beheizte Wohnfläche.
Q
Q-Cells
Q-Cells war ein bedeutender Solarzellenhersteller, der 1999 gegründet wurde und innerhalb weniger Jahre enorme Erfolge in der Branche verzeichnete. Das Unternehmen stellte hochleistungsfähige Solarzellen, hauptsächlich mono- und polykristalliner Art, her.
Neben der Produktion von modernsten Solarzellen widmete sich Q-Cells auch der Entwicklung dieser Technologien. Die auf Silizium basierenden Solarzellen fanden Anwendung in Modulen verschiedener Hersteller.
Den Höhepunkt seines Erfolges erlebte das Unternehmen 2007, als sein Unternehmenswert 8 Milliarden Euro erreichte. Allerdings veränderte sich der chinesische Markt in den folgenden Jahren erheblich und gewann zunehmend an Einfluss im Bereich der Photovoltaik. Aufgrund dieser Entwicklungen musste Q-Cells im Frühjahr 2012 Insolvenz anmelden.
R
Reflexionsstrahlung
Reflexionsstrahlung in der Photovoltaik bezeichnet den Anteil des Lichts, der auf eine Solarzelle trifft, nachdem er bereits von einer anderen Oberfläche reflektiert wurde. Diese Strahlung steht im Gegensatz zur deutlich stärkeren Direktstrahlung.
Die Messgröße für die Reflexionsstrahlung ist die Albedo. Die Albedo charakterisiert das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden, nicht selbstleuchtenden Oberflächen, indem sie das Verhältnis von reflektierter zu einfallender Strahlung angibt. Die Albedo variiert je nach Oberflächenstruktur und -farbe. Zum Beispiel reflektiert Schnee aufgrund seiner hellen Farbe einen erheblichen Anteil des Sonnenlichts und weist daher im Vergleich zu dunkleren Oberflächen, wie einem schwarzen Schirm, eine höhere Albedo auf.
Reflexionsverluste
Reflexionsverluste treten auf, wenn ein Teil der einfallenden Energie auf ein Material trifft und reflektiert wird. Bei der Sonnenstrahlung wird der einfallende Strahl in absorbierte und reflektierte Strahlen aufgeteilt. In Photovoltaikanlagen ist es wünschenswert, dass der Anteil der reflektierten Strahlung minimal ist, da durch Reflexion Energie verloren geht, die sonst in elektrischen Strom umgewandelt werden könnte.
S
Schneelast
Die Schneelast bezeichnet die senkrecht auf ein Dach wirkende Flächenlast in Form von Schnee. In der Photovoltaik erfolgt die Berechnung dieser Last in Newton pro Quadratmeter. Wenn die Belastung zu groß wird, besteht die Gefahr von Beschädigungen am Dach oder der Photovoltaikanlage, im schlimmsten Fall sogar Einsturzgefahr. Vor allem bei älteren Häusern sollte die Statik des Daches vorher überprüft werden, während bei neueren Häusern die Schneelast in der Regel weniger problematisch ist.
Weitere Flächenlasten können die Anlage selbst, das Montagesystem oder die Windlast sein. Der Hersteller gibt in der Regel an, welche Schneelast die Solaranlage und das Montagesystem aushalten können.
Die Schneelast hängt nicht nur von der Schneemenge ab, sondern auch von der Dachneigung, der geografischen Lage und der Art des Schnees. Frischer Schnee ist leichter als verdichteter Altschnee, während nasser Schnee am schwersten ist. Wenn sich nasser Schnee jedoch als Eis an der Dachkante ansammelt, entsteht zusätzlich zur Schneelast die Trauflast, die das Dach parallel zur Dachoberfläche belastet.
Solarheizung
Eine Solarheizung nutzt die Wärmeenergie der Sonnenstrahlen zur Beheizung von Gebäuden oder Objekten. Es gibt verschiedene solare Systeme, die für diesen Zweck eingesetzt werden können.
Die Solarthermie ist ein Beispiel dafür, wie die in Sonnenkollektoren erzeugte Wärme genutzt wird, um Nutzwasser zu erwärmen und die Heizung zu unterstützen. Diese Wärme kann beispielsweise für Waschzwecke oder die Fußbodenheizung verwendet werden. Falls die erzeugte Energie nicht sofort benötigt wird, wird sie in einem Warmwasserspeicher zwischengespeichert, um sie zu einem späteren Zeitpunkt effizient nutzen zu können.
Die effektive und wirtschaftlich vielversprechende Nutzung von Solarenergie zur Heizung wird bereits in Solarsiedlungen praktiziert. Großanlagen zur Nahwärmeversorgung, wie sie beispielsweise in Hamburg und Friedrichshafen existieren, können in Verbindung mit Blockheizkraftwerken zu einer tragenden Säule der kommunalen Energieversorgung werden.
T
Temperaturkoeffizient
Der Temperaturkoeffizient ist eine entscheidende Größe zur Bewertung der Qualität eines Solarmoduls. Er gibt an, in welchem Maße die Leistung des Moduls abnimmt, wenn sich die Umgebungstemperatur um ein Grad Celsius erhöht.
Da die Effizienz von Solarzellen im Allgemeinen mit steigenden Temperaturen abnimmt, ist es von großer Bedeutung, die Leistungsreduktion so gering wie möglich zu halten. Ein niedriger Temperaturkoeffizient zeigt an, dass die Auswirkungen auf die Leistung bei Temperaturerhöhungen minimiert werden.
Um Leistungsverluste weiter zu minimieren, ist es wichtig, dass die Solarmodule ausreichend gekühlt werden. Dies wird insbesondere durch die Hinterlüftung der Module sichergestellt.
Tracker
Tracker sind im Allgemeinen elektronische Geräte, die Informationen jeglicher Art sammeln und dem Anwender zur Verfügung stellen. Im Bereich der Photovoltaik werden diese Tracker in zwei verschiedenen Varianten eingesetzt:
1. **Tracker zur Nachführung:** Hierbei kommen sogenannte Solartracker zum Einsatz, um PV-Module bezüglich ihrer Ausrichtung und Position so zu steuern, dass sie stets im optimalen Winkel zur Sonne stehen. Die optimale Position und Ausrichtung zielen darauf ab, die Erträge zu maximieren. Die Module sind auf vertikal sowie horizontal verstellbare Gestelle montiert und werden im Betrieb durch Elektromotoren angetrieben und bewegt. Diese Solartracker werden häufig bei sehr großen Photovoltaik-Anlagen eingesetzt, die auf Freiflächen oder gelegentlich auch auf Flachdächern installiert sind.
2. **MPP-Tracker zur Spannungssteuerung:** MPP-Tracker haben die Aufgabe, die Spannung der Module zu regeln. Dabei werden variable Strommengen aus dem erzeugten Strom entnommen und überprüft, wie hoch die momentane Leistung bei der aktuellen Spannung ist. Abschließend wird der Stromwert entsprechend angepasst.
U
Elektrische Spannung (U)
Die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe mit dem Formelzeichen U. Sie wird als die Differenz der Stärke eines elektrischen Feldes, das sich zwischen zwei Punkten befindet, definiert. Dies ist die Grundlage für das Fließen elektrischen Stroms. Gemessen wird die Spannung in der Einheit Volt (V).
Im Bereich der Photovoltaik gibt es verschiedene Arten von Spannungen mit unterschiedlichen Bedeutung. Hierzu zählen u. a.
- die Leerlaufspannung und
- die Kurzschlussspannung.
Bei der Leerlaufspannung ist die Spannung maximal, während eine Stromstärke von Null vorliegt. Demgegenüber befindet sich der Kurzschlusstrom, bei dem die Spannung sehr gering, die Stromstärke dafür jedoch maximal ist.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ist gewährleistet, wenn ein Gebäude nicht nur mit dem Stromnetz, sondern auch mit einer sekundären Stromquelle verbunden ist, um Stromausfälle zu verhindern.
Die Notwendigkeit einer USV erstreckt sich über verschiedene Bereiche, in denen ein längerer Stromausfall verheerende Folgen haben kann. Beispiele hierfür sind Krankenhäuser, Leitstellen und Rechenzentren. Im Falle von Spannungsschwankungen oder Netzausfällen schaltet die USV die Stromversorgung automatisch und innerhalb weniger Millisekunden auf den Batteriebetrieb um.
V
Einspeisevergütung
Die Einspeisevergütung ist eine finanzielle Vergütung, die Betreiber von erneuerbaren Energieanlagen, wie beispielsweise Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen, für den ins Netz eingespeisten Strom erhalten. Diese Vergütung wird in der Regel für einen festgelegten Zeitraum gewährt und soll Anreize für den Ausbau erneuerbarer Energien schaffen sowie den wirtschaftlichen Betrieb solcher Anlagen unterstützen.
W
Wartungsvertrag
Ein Servicevertrag ist eine verbindliche Vereinbarung zwischen dem Hersteller oder Installateur einer Photovoltaikanlage und dem Anlagenbetreiber. Obwohl Photovoltaikanlagen im Allgemeinen als wartungsarm gelten, bringt eine regelmäßige Wartung mehrere Vorteile mit sich:
1. **Sicherung der Erträge und Garantieansprüche auf lange Sicht:** Durch regelmäßige Wartung werden nicht nur die Leistung und Effizienz der Anlage aufrechterhalten, sondern auch etwaige Garantieansprüche langfristig gesichert.
2. **Vielfältige Vertragsmodelle:** Wartungsverträge können unterschiedlich gestaltet werden. Einige beinhalten beispielsweise eine jährliche Wartung, während andere zusätzlich quartalsweise Sichtkontrollen oder sogar Fernüberwachungsdienste anbieten.
Durch die regelmäßige Überwachung können potenzielle Unregelmäßigkeiten in der Anlage frühzeitig erkannt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Reaktion, um Ertragsverluste zu verhindern oder zügig zu beheben. Die Auswahl des am besten geeigneten Wartungsvertrags hängt von den individuellen Merkmalen der Solaranlage und den Präferenzen des Betreibers ab.
Wirtschaftlichkeitsberechnung
Wirtschaftlichkeit, auch als Rentabilität bekannt, bezieht sich darauf, wie profitabel oder lohnenswert etwas ist. Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab.
Beispiele hierfür sind die Höhe der Investitionskosten und der Finanzierungszinssatz. Bei Solarthermieanlagen (mit oder ohne Brennwertkessel) und Wärmepumpen wird die Wirtschaftlichkeitsberechnung in der Regel an der jährlichen Einsparung fossiler Energieträger (wie Gas, Öl oder Kohle) ausgerichtet.
Im Falle einer Photovoltaikanlage finanziert sich diese hauptsächlich durch die jährliche Einspeisevergütung. Der Betreiber der Photovoltaikanlage kann sich als Stromproduzent bezeichnen und die Anlage steuerlich abschreiben, da er umsatzsteuerlich als Unternehmer gilt.
